《液体燃料燃烧》PPT课件.ppt

第五章 液体燃料燃烧,第一节 液体燃料的特性 第二节 液体燃料的雾化 第三节 液滴的蒸发 第四节 液 滴 燃 烧,第一节 液体燃料的特性,一、油类燃料特性 二、其他液体燃料,一、油类燃料特性,1.石油的元素组成 2.石油中的碳氢化合物和胶状沥青物质 3.石油的炼制 4.燃油的主要特性,1.石油的元素组成,组成石油的元素主要是碳、氢、氧、氮、硫五种，其中主要的是碳和氢两种元素，碳的含量(质量分数，下同)占8487，氢的含量占1114。除了上述五种主要元素外，在石油中还发现有极微量的金属元素和其他非金属元素。金属元素有钒、镍、铁、铝、钙、钠、镁、钴、铜等，非金属元素中主要有氯、硅、磷、硒、砷等。,2.石油中的碳氢化合物和胶状沥青物质,(1)碳氢化合物 组成石油的化合物主要是碳氢化合物，在化学上称为烃。 (2)胶状沥青物质 石油中除了烃类物质以外，还有非烃化合物，其中含量最大的一类就是胶状沥青物质，高的可达4050，一般为百分之几。,3.石油的炼制,图5-1 直馏流程图,3.石油的炼制,表5-1 石油的馏分组成,3.石油的炼制,图5-2 减压蒸馏流程图,4.燃油的主要特性,(1)凝固点 液体燃料存在的状态可以为固态、液态和气态，因而有相应的凝固点和沸点，燃油由各种烃类的复杂混合物组成。 (2)沸点 基于同样的原因，燃料油也没有一个恒定的沸点，而只有一个温度范围，它的沸腾从某一温度开始，随着温度升高而连续变化。 (3)相对密度 温度为t()时油的密度和4时纯水的密度之比称为该油的相对密度，过去曾称比重，用符号4表示。,4.燃油的主要特性,(4)发热量 由于油的碳氢含量远较煤多，因此油的发热量也远较煤高，通常低位发热量Qnet,ar为38.544MJkg。 (5)比热容 (6)粘度 当两个面积分别为1cm2、相距1cm的两层油面，以1cms的相对速度运动时，液面间产生的内摩擦力称为动力粘度，当内摩擦力等于1105N时，动力粘度为。 (7)热导率 油的热导率随温度升高而降低。,4.燃油的主要特性,(8)表面张力 各类燃料油的表面张力相差不大，并随温度的提高而降低，其典型数据见表5-2。 (9)闪点 设容器内装有温度为t的液体燃料，在这温度下，燃料以低的蒸发速度蒸发并与空气混合，当与明火接触时，就发生短暂的闪光(一闪即灭)，这时的油温称为闪点。 (10)燃点 当燃料气体一旦被点火火焰点着，火焰就能连续不断维持下去的温度称为液体燃料的着火点或燃点(通常连续燃烧的时间不小于5s)。,二、其他液体燃料,1.水煤浆 2.其他合成液体燃料,1.水煤浆,表5-4 水煤浆的种类,2.其他合成液体燃料,第二节 液体燃料的雾化,一、雾化过程及机理 二、喷嘴 三、液体燃料雾化性能,一、雾化过程及机理,图5-3 液滴的分裂过程,一、雾化过程及机理,图5-4 静止气氛中，雾化破碎状况和非 预混圆管射流液体破碎长度,二、喷嘴,1.压力式雾化喷嘴 2.旋转式雾化喷嘴 3.气动式雾化喷嘴,二、喷嘴,图5-5 雾化方法示意图 a)压力式 b)旋转式 c)气动式,1.压力式雾化喷嘴,表5-5 压力式雾化喷嘴使用压力范围,2.旋转式雾化喷嘴,图5-6 中间回油式机械喷嘴 1二次风嘴 2一次风嘴 3转杯 4风机 5转轴 6进油管 7进油体 8电动机,3.气动式雾化喷嘴,图5-7 低压空气雾化喷嘴 a)直流式 b)旋流式,3.气动式雾化喷嘴,图5-8 高压气动式雾化喷嘴 a)直流式 b)旋流式,三、液体燃料雾化性能,1.雾化角 2.雾化液滴细度 3.雾化均匀度 4.喷雾射程 5.流量密度分布,1.雾化角,图5-9 雾化角示意图,2.雾化液滴细度,(1)索太尔平均直径(SMD) (2)质量中间直径(MMD),3.雾化均匀度,雾化均匀度较差，则大液滴数目较多，这对燃烧是不利的。但是，过分均匀也是不相宜的，因为这会使大部分液滴直径集中在某一区域，使燃烧稳定性和可调节性变差。最有利的雾化分布应根据燃烧设备类型、构造和气流情况等具体条件而定。,4.喷雾射程,喷雾射程指水平方向喷射时，喷雾液滴丧失动能时所能到达的平面与喷口之间的距离。雾化角大和雾化很细的喷雾炬，射程比较短；密集的喷雾炬，由于吸入的空气量较少，射程比较远。一般射程长的喷雾炬所形成的火焰长度也长。,5.流量密度分布,图5-11 燃料分布特性 a)、b)离心式机械雾化喷嘴 c)直流式机械雾化喷嘴,第三节 液滴的蒸发,一、液滴蒸发时的斯蒂芬流 二、相对静止环境中液滴的蒸发 三、强迫气流中液滴的蒸发 四、液滴群的蒸发,一、液滴蒸发时的斯蒂芬流,图5-12 液体周围成分分布 空气中空气质量分数 空气中燃料蒸气的质量分数 液滴表面的燃料蒸气质量分数 液滴表面的空气质量分数,二、相对静止环境中液滴的蒸发,图5-13 高温下液滴蒸发的能量平衡图,二、相对静止环境中液滴的蒸发,二、相对静止环境中液滴的蒸发,表5-6 不同燃料的B值,二、相对静止环境中液滴的蒸发,图5-14 气流流速对液滴边界层的影响,三、强迫气流中液滴的蒸发,四、液滴群的蒸发,0515.TIF,第四节 液 滴 燃 烧,(1)预蒸发型气体燃烧 这种燃烧情况相当于雾化液滴很细，周围介质温度高或雾化喷嘴与火焰稳定区间距离长，使液滴进入火焰区前已全部蒸发完，燃烧完全在无蒸发的气相区中进行，这种燃烧情况与气体燃料的燃烧机理相同，液滴蒸发对火焰长度的影响不大。,第四节 液 滴 燃 烧,(2)滴群扩散燃烧 这是另一个极端情况，即周围介质温度低或雾化颗粒较粗(或蒸发性能差)，在燃烧区的每个液滴周围有薄层火焰包围，在火焰面内是燃料蒸气和燃烧反应产物，火焰面外是空气和燃烧反应产物，每个液滴的燃料蒸气各自供给其周围的火焰，并和氧气相互扩散混合进行燃烧反应，随着液滴向火焰区的移动，未燃液滴在一定位置着火、燃烧，代替已燃液滴的位置。 (3)复合燃烧 这是介于预蒸发型气体燃烧和滴群扩散燃烧之间的一种情况。,第四节 液 滴 燃 烧,(4)部分预蒸发型气体燃烧加液滴蒸发 这时一部分小液滴已蒸发完毕，而有一部分液滴进入火焰区时，其直径已缩得过小或间距过密而着不了火，只能蒸发，这时没有滴群的扩散火焰，只有滴间空间中部分预混的气体火焰。,第四节 液 滴 燃 烧,一、静止液滴的燃烧 二、强迫气流中液滴的燃烧 三、液滴群的燃烧 四、合理配风,一、静止液滴的燃烧,1)加热阶段。 2)燃料蒸发阶段。 3)燃烧阶段。,一、静止液滴的燃烧,一、静止液滴的燃烧,一、静止液滴的燃烧,图5-16 计算机模拟正庚烷粒子受热 升温、蒸发、燃烧三阶段的特性参数 液滴温度=330K，d=100m, 空气温度T=1100K，压力p=0.7MPa,二、强迫气流中液滴的燃烧,1)d2对关系曲线的斜率值在燃烧的初始阶段不断变化，然后达到等于准稳态理论结果的常数值。 2)燃烧过程中，液滴表面温度值、火焰与液滴直径的比值以及火焰温度值都是变化的。 3)在液滴中心温度升高到液滴表面温度以前，必须经过一段时间。 4)着火过程是从化学动力因素控制转变到扩散控制燃烧的过程，灭火则刚好相反。,二、强迫气流中液滴的燃烧,图5-17 热空气中甲醇液滴的着火过程 a)着火过程中CO质量分数轮廓线 b)非预混火焰形成后的轮廓线,二、强迫气流中液滴的燃烧,图5-18 单个液滴的燃烧 a)没有相对运动的情况 b)有相对运动的情况,二、强迫气流中液滴的燃烧,图5-19 液滴燃烧模型示意图,二、强迫气流中液滴的燃烧,二、强迫气流中液滴的燃烧,表5-7 强迫对流情况下燃烧速率的各种关系式,二、强迫气流中液滴的燃烧,表5-8 周围气体的速度对燃烧常数的影响,三、液滴群的燃烧, 火焰部分地合并。 火焰完全合并，其余均为单独分开的火焰。,三、液滴群的燃烧,表5-9 液滴群燃烧时燃烧速率常数,四、合理配风,1.喷雾燃烧的配风原理 2.合理配风的基本方式,1.喷雾燃烧的配风原理